原子钟是目前精度最高的时间与频率标准，广泛应用于全球定位系统 (GPS)、通信、精密控制等系统中。目前精度最高的是冷铯原子钟，其精度为每3千万年差一秒，全球定位系统由24颗卫星组成，每颗卫星都携带体积较小的高精度铷原子钟，地面上的运动物体都能同时收到四颗卫星的原子钟的信号，由此可以确定该运动物体的位置与速度，进行精密定位。北京大学信息科学技术学院研究原子钟已有30多年的历史，其高精度小型铷原子钟已用于远望号探测船，为我国科学技术发展作出了贡献。未来精度更高的原子钟的工作物质是超冷原子，预计基于超冷原子的光钟的精度可达10万亿年差一秒，比目前的铯原子钟的精度高10万亿倍，高精度冷原子光钟又是未来的超快振荡器，它的振荡频率达每秒100万亿次，是目前个人电脑速度的10万倍！北京大学信息科学技术学院目前已研究成功玻色—爱因斯坦凝聚，这是一种被称作“第五钟物质状态”的相干物质，温度只有50纳开尔文，可用于未来的高精密原子钟与量子计算机。

　　微电子研究——造就集成电路人才的摇篮

　　微电子即微型电子学，其核心是集成电路。21世纪人类将进入信息化时代，实现社会信息化的关键是各种计算机和通讯设备，它们构成的基础是集成电路芯片。集成电路的出现改变了人类的生产和生活方式。大到航空航天事业、国防建设、工农业生产设施、通讯设备和交通工具，小到家庭中的家用电器、手机、休闲娱乐产品和儿童玩具，都用到了集成电路。可以毫不夸张地说，没有微电子就没有今天的信息社会。北京大学从70年代起在王阳元院士的领导下研制出我国第一块1KMOSDRAM，并建立了完整的微电子研究体系，为我国集成电路的发展作出了重要贡献。

　　不断缩小器件尺寸一直是集成电路发展的强大推动力，通过缩小尺寸提高集成密度、改善电路性能。研究100纳米以下的新型器件是为今后集成电路的发展奠定基础(10纳米大约只有一根头发丝直径的万分之一)。北大微电子学系在973项目支持下，在新器件结构、新工艺、新材料以及可靠性方面开展了广泛研究，取得了有国际影响力的成果，进入国际前沿，这些新技术将是未来集成电路中的候选技术。如采用新的空洞层实现技术设计制作的亚50纳 米SON(SiliconOnNothing)MOS器件、70纳米的肖特基势垒隧道晶体管以及100纳米垂直双栅器件等。配合新型纳米器件开展的新工艺、新材料和可靠性的研究也取得了突出成果。在2003年已经做出24.5纳米栅线条，达到国内最高水平。2007年有2篇论文在国际顶级学术会议(IEDM)上发表。用新型高介电常数(高K)材料制作的MOS电容，栅介质层实现了0.82nm的等效厚度。小尺寸器件可靠性研究在2002年4月获高等学校科学技术二等奖。所研制的可靠性预测软件和系统已经被 Motorola公司用于预测其0.25微米芯片中器件的寿命。

　　如果将整个电子系统集成在一个或少量几个芯片内，将会极大提高系统性能，使电子设备更加微小型化和智能化。因此，集成系统芯片(SOC)是必然的发展方向，也是现在的研究热点。目前在一个集成电路芯片上已经可以集成十几亿至几十亿个晶体管，为SOC的发展奠定了基础。微电子学系集成系统芯片研究所在SOC设计方法学方面进行了研究，并进行了单元库和IP库的建库工作，设计出几十种具有自主知识产权的专用电路和IP核。自主开发设计的16bit的可裁剪的RISC微处理器PKUEP已经通过流片验证，可以作为硬IP核用于SOC设计。设计的A／D、D／A转换电路、锁相环和红外焦平面信号处理的数模混合电路等可以用于通讯系统。自主开发设计的密码算法专用电路已经小批量生产，采用0.5微米 CMOS工艺，集成度约60，000门，处理能力达到 320Mbit／s以上。它可以用于金融系统信息安全保证方面。

　　微电子机械系统(MEMS)是微电子技术与其他学科结合而发展起来的一个新亮点。集成电路是把电路微小型化，MEMS则把感知外界信息的传感器以及执行各种操作的机械部件都微小型化。因此MEMS是新一代的智能系统芯片，它把微传感器、电子电路和微执行器一起集成在半导体芯片上。它在航空航天、汽车工业、军事、医学以及环境监测等很多领域将发挥重要作用。北大微电子系MEMS研究所在国内首先开发了适应我国 MEMS技术发展需求的具有国际先进水平的研制硅基MEMS器件的加工和设计平台，制作的高精度微陀螺、微加速度计、RF开关、气体微传感器等都是国内一流水平。这些微机械可用于制导，航空航天以及汽车和手机等方面。2002年12月硅基MEMS技术及应用研究获北京市一等奖。2006年获得国家技术发明二等奖。

　　纳米材料与纳米器件研究——国际先进水平

　　纳米作为长度单位是10◆米。但当前纳米科技受到广泛关注却是由于纳米尺寸材料的特殊性能和纳米器件的发展。40多年来微电子技术高速发展，从 1959年第一块集成电路芯片上只有几十个器件元件到现在10◆—10◆的超大规模集成电路，器件尺寸不断缩小，电路功能日益强大，目前器件特征尺寸已进入几十纳米。然而按摩尔定律预测到2021年目前主流微电子技术将走到极限。微电子走向纳米电子已成为历史的必然。我院物理电子研究所及纳米电子研究团队是国内最早开展纳米电子学研究的，在纳米结构分析、纳米器件和纳米材料方面取得了多项国际领先水平的研究成果。其中超高密度信息存储薄膜的信息写入点小于1纳米的成果被两院院士评为1997年中国十大科技进展之四。碳纳米管是目前最有希望的纳米器件单元材料。2000年我们发现的0.33纳米单壁碳纳米管到目前还是世界上已观察到的最小的碳纳米管，相关研究成果被科技部评为2000年中国基础研究十大进展的第一项。我们还在国内率先制成了碳纳米管场效应管并观察到了室温单电子效应。

　　生物特征识别研究——国际领先地位

　　北大智能科学系具有基础理论研究优势，以指纹为代表包括掌纹、虹膜、人脸、声纹等融合的生物特征识别理论和方法居国际领先地位，不仅提出了数字空间几何理论和一系列高效、独创的实用算法，而且发展成拥有自主知识产权并与国外系统抗衡的高科技产品，已打入国际市场，屡获国家和部委科技奖。公安指纹自动识别系统已在十几个省部级单位和二百多个城市普遍使用，其大容量、用户数、破案量和破案率均名列全国第一(以浙江省为例，连续四年破案率名列全国之首，2002年直接破案9176起，间接破案数万起)；民用指纹自动识别系统也广泛应用于社保、海关、金融、卫生等领域，取得了良好的社会效益和经济效益。

　　数字博物馆——新兴的信息技术

　　三维技术是以计算数学、计算机视觉、计算机图形学与智能控制理论的成果为基础，研究数字几何处理、真实场景数字化、主动视觉与跟踪和智能人机交互系统，解决三维真实环境中的识别、建模、显示、跟踪与互动等一系列关键问题，为开发先进的机器感知与智能人机交互系统提供新的理论、技术和方法。数字博物馆是三维数字技术的重要应用研究领域。利用各种传感设备获取文物及博物馆场景的三维数据，通过各种处理，实现对博物馆建筑、场景、文物及展品的交互式远程浏览和虚拟展示，具有巨大的社会、文化和经济意义。